Forskere hjælper med at forbinde fluiddynamikforskning med hjernetraume

Som mange YouTube -videoer viser, at ramme toppen af ​​en væskefyldt flaske kan knuse bunden. Nu håber forskere at bruge ny viden om det partytrick for at hjælpe med at fylde et hul i noget meget mere alvorligt:​​hjerneforskning.

En undersøgelse af ingeniørprofessorer fra Brigham Young University, Utah State University og Tokyo University of Agriculture and Technology beskriver præcis, hvad der sker, når en væske i ro - som vandet i en flaske - pludselig sættes i gang. Ved hjælp af højhastighedsfotografering, teamet viser, hvordan den hurtige acceleration får små bobler til at danne sig i væsken og derefter hurtigt falder sammen, frigive en destruktiv chokbølge.

Den korrekte betegnelse for fænomenet kaldes kavitation, en proces, der er velkendt af ingeniører for at forårsage skader i rør og marine propeller. Den nye undersøgelse, offentliggjort i Procedurer fra National Academy of Sciences , beskriver en alternativ formel, der mere præcist forudsiger, hvornår kavitation vil ske.

Selvom fundet har umiddelbare konsekvenser for mange industrielle processer afbrudt af kavitationsinduceret skade, der er også voksende beviser, der forbinder kavitation med hjernetraume.

"Hjernen er omgivet af væske, og når du har indflydelse, det er muligt, at du oplever kavitation i denne væske, "sagde studieforfatter Scott Thomson, lektor i maskinteknik ved BYU.

Eksperter i væskedynamik ved, hvordan de kan forudsige, hvornår kavitation vil forekomme i en væske, der allerede er i bevægelse, men deres formel virker ikke så godt, når en hvilende væske hurtigt accelereres. Den nye undersøgelse løser dette problem ved at afslutte en ny ligning, der tager højde for væskens dybde og acceleration.

For hjernen, at kende denne alternative kavitationsformel kunne bruges til bedre at forudsige hjerneskader forårsaget af højhastighedspåvirkning. "Og når vi først kan forudsige, hvornår det vil ske, vi kan bedre designe sikkerhedsanordninger til at forhindre alvorlig hjerneskade, "Sagde Thomson.

Disse sikkerhedsanordninger kan være til atletiske applikationer, såsom fodboldhjelme, eller endda militære applikationer.

"Hvis en eksplosionsbølge er over en vis størrelse, der er muligvis ikke meget vi kan gøre for at forhindre hjerneskade for en soldat, "sagde studieforfatter Tadd Truscott, lektor i maskinteknik ved Utah State University. "Men måske kan der udvikles en hjelm til at opdage, hvornår det traume er sket, så en soldat kan fjernes fra frontlinjen og reddes fra gentagen udsættelse for eksplosioner."